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Smart Packaging: Envases
activos y envases inteligentes
Prof. Dra. Cristina Nerín de la Puerta
Catedrática de Universidad, Depto. Química Analítica
Centro Politécnico Superior de Ingenieros (CPS)
Grupo GUIA
Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A)
Universidad de Zaragoza
cnerin@unizar.es
SORCIÓN
PERMEACIÓN
(O2, CO2 ...)
Interacciones
envase-producto
MIGRACIÓN
NEGATIVA
NEGATIVA
Monómeros
Mon
ómeros
Aditivos
Aditivos
Contaminantes
Contaminantes
.......
.......
Legislación
POSITIVA
POSITIVA
Antioxidantes
Antioxidante
s
Antimicrobianos
Antimicrobianos
Aromas
Aromas
......
......
Envase Activo
Seguridad Alimentaria y
Pérdida de calidad
Temperatura
Luz
Oxígeno
Humedad
Microorganismos
(mohos, bacterias ...)
ALIMENTO
Oxidación de las grasas (rancidez)
Cambios en las vitaminas
Percepción organoléptica
Proliferación microbiana
RECHAZO
Soluciones
•Agentes antioxidantes o
antimicrobianos añadidos al
polímero
Envases
activos
•Saquitos, adhesivos,
etiquetas, etc…con el
producto envasado
•Multicapa (laminados)
•Inmovilizados en el envase
Mecanismo de actuación
Contacto Directo
En fase vapor
ENVASE ACTIVO
...es el envase que ejerce funciones protectoras sobre el
producto envasado
Envase Activo
Suministra
Compuestos que
protegen al alimento
Absorbe
Compuestos que
dañan el alimento
Active Materials
• Nanoparticles: zeolites, nanoclay,…
– Compatibility with the polymer
• Natural antioxidants
– Volatile compounds are lost during the process
(extrusion, manufacturing,…)
• Natural Antimicrobials
– Volatile compounds are lost during the process
(extrusion, manufacturing,…)
• Antioxidants in polymeric layers: laminate,
coex…
– Ethylen-methylacrylate-cyclohexyl-methyl-acrylate
(EMCM) as antioxidant layer + 10% (benzophenone +
cobal salt)
Diseño de un Nuevo
envase activo
Selecciónde
delos
losagentes
agentes activos
activos
Selección
Preparacióndel
delnuevo
nuevomaterial
material
Preparación
Estudiodel
delmecanismo
mecanismode
de protección
protección
Estudio
Evaluacióntécnica
técnicausando
usandocompuestos
compuestosmodelo
modelo
Evaluación
Evaluacióntécnica
técnicacon
conalimentos
alimentos
Evaluación
Estudiosorganolépticos
organolépticos
Estudios
Estudiosde
deMigración
Migración
Estudios
EnsayosIndustriales
Industriales(maquinabilidad,
(maquinabilidad,...)
...)
Ensayos
Estabilidadyytiempo
tiempode
devida
vidadel
delenvase
envaseyydel
delalimento
alimento
Estabilidad
Unejemplo
ejemplode
dedesarrollo
desarrolloconjunto
conjuntocon
conlalaIndustria
Industria
Un
Selección del sistema activo
Mediante...
CON...
-
Alcoholes
Organic/inorganic acids
Sales
Aminas
Fenoles
Enzymas
Metales
Agentes quelantes
Antibióticos
Fungicidas
Extractos Naturales
Aromas
a-Saquitos
b-Incorporado en el material
c-En la superficie del alimento
PARA...
- Control de humedad
- Absorción de etileno
- control de oxidación
-Generación de CO2
- Generación de Etanol
-Inhibición de microorganismos
-Suministro de aromas
CÓMO...
- Contacto Directo
- Fase Vapor
Materiales activos:
realidad en el mercado actual
Polímeros:
PP, PET, PE, alta barrera, PS…
Papel y cartón:
Producidos por Artibal:
Producidos por Repsol:
oscargarces@artibal.com
ramonbatlle@artibal.com
mastudilloc@repsol.com
mjpizarrog@repsol.com
Estabilidad de estos materiales
En ambos casos superior a 6 meses
PATENTES INTERNACIONALES EN AMBOS CASOS
Características principales
• Se trata de recubrimientos en ambos casos
• Una vez incorporado en el material, debe concebirse
como un material único
• Compatible con materiales barrera (plásticos)
• Aplicable a fondo y a registro
• Poliolefinas deben estar tratadas.
• PE: Mejor en metalocénico (garantiza
termosellabilidad)
• NO necesitan contacto directo: NI LOS PLÁSTICOS
NI EL PAPEL O CARTÓN
VENTAJAS
Versatilidad
Almacenamiento y stock necesario
Estabilidad
El conocimiento de cómo funciona
permite ajustar el diseño del material
activo a cada producto
• Investigación cercana al producto y
personalizada
•
•
•
•
ENVASE ANTIOXIDANTE
Envases con absorbedor de O2
Bolsas con absorbedor de O2
ENVASE ANTIOXIDANTE
OXIDACIÓN DE SUSTRATOS ORGÁNICOS
En la peroxidación de los lípidos intervienen
R·
radicales
libres
O2
oxígeno
molecular
(–CH=CH–CH2–CH=CH–)
cadena lípida
poliinsaturada
(sustrato)
Antioxidantes
- Tipos:
· Sintéticos E 300 Ácido Ascórbico
· Naturales Ácido
E 307 –guayacónico
E 309 Tocoferoles
y guayáquico
Compuestos fenólicos:
-Ácido carnósico
-Carnosol
-Ácido rosmarínico
E 320 Butil-hidroxi-anisol (BHA)
Orégano, pimentón, clavo, romero,
orégano...
Ecanela,
321 Butil-hidroxi-tolueno
(BHT)
Medida de radicales
H2O2
hv
2OH
(g)
OH
+
+
OH (g)
(aq)
2,3-DHB
OH
OH
OH
OH
OH
SA
COOH
COOH
COOH
+
HO
2,5-DHB
Catechol
Medida de los productos de reacción por HPLC-Fluorescencia
Medida de la capacidad
antioxidante
Muestra a evaluar
Productos finales
Generación de radicales
D. Pezo, J. Salafranca, C. Nerín* , Anal.& Bioanal.Chem, 2006,
Resultados
Aceites esenciales como
scavenger de radicales
Sin antioxidantes
(muestra en blanco)
Con antioxidantes
Clavo>Canela II>orégano>romero>propolis> genjibre> citronella
ENVASE ANTIMICROBIANO
ENVASE ANTIMICROBIANO
Ensayos con láminas PP ACTIVAS
MOHOS
A. flavous
ENVASE ANTIMICROBIANO
Ensayos con láminas PP ACTIVAS
BACTERIAS
B. cereus
B. cereus
S. aureus
ENVASE ANTIMICROBIANO
PP active film
BACTERIA Gram Y. enterocolítica
Active PP
S. choleraesuis
PP
Active PP
PP
ENVASE ANTIMICROBIANO
PP and PE/EVOH active film
A. flavus
PP
MOHOS
P.islandicum
Active PP
Active PE/EVOH
PE/EVOH
ENVASE ANTIMICROBIANO
PE/EVOH active film
Active PE/EVOH
LEVADURAS
C. albicans
PE/EVOH
PAPEL ACTIVO FRENTE A
Aspergillus flavus
TESTIGO y CONTROL
PAPEL PARAFINADO ACTIVO
PAPEL ACTIVO FRENTE A
Penicillium spp.
Testigo y control
Papel activo
Papel activo
Papel activo
Aspergillus flavus
Penicillium spp
Con Producto activo después de 6 meses de fabricación
Daños producidos en
microorganismos
E.coli en presencia de oregano (a, b) y canela (c) and S.aureus en
presencia de canela (d). Fase vapor generada por el plástico activo
ENVASE ANTIMICROBIANO
muestreo con SPME
SPME-fibra retraída
Placa Petri
Atmósfera generada por los
agentes activos
Papel de filtro con agentes
activos
Medida de la atmósfera en las mismas
condiciones que el cultivo
Composición de la atmósfera
(SPME-GC-MS-MS)
1.- α-pinene
2.- camphene
3.- β-pinene
4.- β-pinene
6.- p-cymene
7.- D-limonene
8.- 1,8-cineol
14.- linalool
16.- camphor
19.- borneol
23.- α-terpineol
24.- estragol
29.- trans-cinnamaldehyde
30.- bornyl acetate
32.- safrol
36.- eugenol
40.- β -caryophyllene
41.- bergamotene
44.- α-humelene
54.- benzyl benzoate
Ejemplos
De 15 a 45 días con el polímero activo
Ejemplos
Activo
40 days
Control
Peach from Calanda
in active packaging
10 days
Room temperature
CAMPAÑA 2008
Control 12 días
100x
100x
400x
Etiqueta 12 días
Barqueta 12 días
Intelligent Packaging
• Information about the packaged product
– Time-temperature indicators
– Freshness/ Shelf life: bar codes disappear…
– Presence of microorganisms...(New Patent from Univ.
Zaragoza, Spain)
– Indicator of ripeness
– Indicator of ethylene content
– Indicator of temperature: Label for white wine
TTI - INDICATORS
INDICATORS of OXYGEN
Color change based on chemical or enzymatic reactions
GLOBAL OVERVIEW AND
FUTURE (I)
Good RESULTS
2 EU PATENTS in plastic
1 PCT PATENT IN P&B
1 Patent of Intelligent
Packaging
Tests carried out in extreme conditions
- the best conditions for microbial proliferation
Clove,cinnamon, rosemary and oregano gave
the best results
- moulds and yeast-total inhibition
- bacteria-inhibition >50%
New natural non volatile antimicrobials
All of them show CIDAL effect
Several products in the market
GLOBAL OVERVIEW AND
FUTURE (II)
Overall migration tests below limits
Specific migration test below limits
Organoleptic studies carried out
Industrial tests carried out
Developments carried out in plastics
(semirrigid,flexible) as well as P & B.
Cell damage and antimicrobial mechanism
under study
Several products in the market right now
Others in process
ACKNOWLEDGEMENTS
Research Projects:
INIA-CAL03-080-C4 (2004-2008)
AGL-07545 2004-2007
DGA-PM051,
PROFIT-FIT-060000-2004-92,
PROFIT-FIT 051-2005
PET-2006-0438: 2007-2009
Interreg III A-2005-2008
NAFISPACK 2008-2011
Marie Curie (IAPP-2010-2014)
Industrial partners:
ARTIBAL
RYLESA-REPSOL
several Packaging companies
several Food companies
Conclusiones
Los envases activos son ya una realidad y hay demanda
Los envases inteligentes son realidad y hay demanda
Aunque todavía queda mucho por hacer,
hay soluciones comerciales
No es en ningún caso una solución universal y
requieren optimización en cada producto
La investigación continúa, cuanto mejor conozcamos
cómo funciona mejor se diseñan los envases activos
El grupo GUIA